Охарактеризованы реакции ранних РНК

Исследователи дополнили картину, описывающую возникновение жизни, новыми деталями – они продемонстрировали, каким образом может проходить самоконденсация нуклеотидов без участия ферментов, впоследствии обеспечивая каталитическую активность простейших, наиболее древних форм РНК.

Исследователи предлагают каталитический механизм образования коротких нитей РНК. Исследователи предлагают каталитический механизм образования коротких нитей РНК.
Рисунок из Journal Physical Chemistry.

Идея о том, что промежуточным звеном между химическими и живыми системами на планете Земля были примитивные молекулы РНК, способные к саморепликации, в настоящее время является общепризнанной. Тем не менее, некоторые фрагменты мозаики мира РНК до настоящего времени ускользали от ученых. Одним из таких белых пятен в картине мира РНК было понимание особенностей того, как первые нуклеотиды могли конденсироваться в короткие цепи без участия ферментативного катализа, а также то, как эти короткие олигонуклеотиды впоследствии приобрели каталитические свойства, необходимые для синтеза более длинных цепей РНК, и, в конечном итоге – живых систем.

Исследовательские группы Юдит Спонер (Judit Sponer) из Университета Масарик (Чехия) и Эрнесто Ди Мауро (Ernesto Di Mauro) из Института молекулярной биологии и патологий Италии предлагают ответы на обе эти загадки. Для ответа на первый вопрос – как без ферментов образовались короткие олигонуклеотиды, исследователи изучили реакцию поликонденсации циклического гуанозинмонофосфата (ГМП), нуклеотида, входящего в состав РНК [1].

Эксперименты показывают, что трансфосфорилирование управляет самополиконденсацией, протекающей до образования олигонуклеотидов, содержащих до 18 нуклеотидных звеньев. Продукты с такой степенью олигомеризации образуются и в водной среде и в безводном окружении, предлагая вполне возможный маршрут для образования примордиальных РНК без участия ферментов. Исследователи предполагают, что окружение, характеризуемое постепенным уменьшением влажности, например – в высыхающей лагуне, могло индуцировать образование олиго- и полинуклеотидов.

Как отмечает Спонер, обнаруженный процесс представляется единственным возможным на настоящий момент маршрутом пребиотического образования олигонуклеотидов с 3′,5′-мотивом связывания. Именно такой характер связывания, в котором происходит образование эфира фосфорной кислоты с участием гидроксильной группы у 3′-атома углерода одного углевода и 5′-атома углерода другого, реализуется в известных в настоящее время молекулах РНК и ДНК. Спонер подчеркивает, что прежде попытки моделирования примордиальной поликонденсации нуклеотидов давали олигомеры с 2′,5′- и 3′,5′-мотивами связывания.

Тем не менее, в экспериментах Спонер выход олигонуклеотидов составлял всего 0.13% – такой, мягко говоря, скромный результат не внушает доверия ученому из Гарварда, Джеку Жостаку (Jack Szostak), изучающему происхождение жизни. Однако Спонер полагает, что даже небольшого количества олигонуклеотидов хватило бы для формирования первых шаблонов для последующей более эффективной темплатной поликонденсации, увеличения количества олигонуклеотидов. Тем не менее, эти аргументы порождают вторую загадку, который пытались разгадать Спонер и Ди Марио – каким образом получилось, что первые короткие олигонуклеотиды приобретали все более эффективные каталитические свойства.

Ранее биохимики описывали синтез каталитически активных молекул РНК, однако все они представляли скорее не олиго-, а полинуклеотиды – в состав описанных РНК-катализаторов входит не менее сотни нуклеотидных остатков. Проблема заключается в том, что такие длинные цепи должны были эволюционировать из более коротких нитей РНК, однако до настоящего времени не было предложено химической модели, позволяющей адекватно объяснить, каким образом короткие цепи приобрели каталитическую активность, обуславливающую возможность образования полинуклеотидов.

По словам Спонер, проведенные ею эксперименты позволяют предположить, что каталитическая активность РНК или прото-РНК начинает проявляться с образования олигонуклеотида, содержащего от 9 до 12 звеньев. На основании этих экспериментов была разработана теоретическая модель, демонстрирующая, что даже неидеальное спаривание азотистых оснований и формирование четырехпетельной третичной структуры олигонуклеотида позволяют проявлять активность, похожую, хотя и меньшую, чем активность рибозимов (рибозимы – малые ядерные РНК, проявляющие каталитическую активность нуклеиновые кислоты, участвующие в биохимическом процессе созревания матричной РНК). Все эти обстоятельства позволяют предположить, что каталитические свойства были присущи и простейшим, самым древним в истории химической эволюции молекулам прото-РНК [2].

По материалам Journal Physical Chemistry
Источник: chemport.ru

Метки , , . Закладка постоянная ссылка.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *